Xây dựng lộ trình khai thác ánh nắng mặt trời để sản xuất nhiên liệu tích trữ

13/03/2013

Hệ thống lá nhân tạo sử dụng ánh nắng mặt trời để sản xuất năng lượng tích trữ như hydro thay cho điện được sử dụng trực tiếp.

Đưa khái niệm “lá nhân tạo” - một thiết bị nhỏ, khi được đặt trong thùng nước và tiếp xúc với ánh nắng mặt trời, sẽ sinh ra các bọt khí hydro và oxy - đến gần với thực tế, nhóm nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Masachusetts đã công bố một phân tích chi tiết về tất cả các yếu tố có thể hạn chế hiệu suất của hệ thống này. Phân tích mới phác thảo lộ trình cho chương trình nghiên cứu để cải thiện hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời và nhanh chóng dẫn đến việc sản xuất một mẫu thiết bị thực tế, rẻ tiền và có khả năng thương mại.

Hệ thống lá nhân tạo sử dụng ánh nắng mặt trời để sản xuất năng lượng tích trữ như hydro thay cho điện được sử dụng trực tiếp. Sau đó, nhiên liệu này được sử dụng theo nhu cầu để sản xuất điện thông qua pin nhiên liệu hoặc thiết bị khác. Qui trình này giải phóng năng lượng mặt trời để sử dụng khi không có ánh nắng mặt trời và mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng mới.

Thiết bị kết hợp 2 công nghệ: pin mặt trời silicon thông thường chuyển đổi ánh nắng mặt trời thành điện và các chất xúc tác hóa học dùng cho mỗi mặt của pin. Kết hợp lại tạo thành một thiết bị điện hóa, sử dụng dòng điện để tách các nguyên tử hydro và oxy từ các phân tử nước bao quanh chúng.

Tonio Buonassisi, PGS về kỹ thuật cơ khí cho biết: Lá nhân tạo ra đời năm 2011 có hiệu suất thấp, chuyển đổi gần 4,7% ánh nắng mặt trời thành nhiên liệu. Nhưng, phân tích mới của nhóm nghiên cứu chỉ rõ hiệu suất chuyển đổi có thể đạt mức 16% hoặc hơn thế nhờ sử dụng các chất bán dẫn có năng lượng vùng cấm (bandgap) duy nhất như silicon tinh thể.

Vấn đề cốt lõi để giữ hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nhiên liệu ở mức cao là kết hợp các pin mặt trời phù hợp với chất xúc tác, một hoạt động được định hướng rõ bởi lộ trình. Phương pháp mà nhóm nghiên cứu đưa ra, cho phép mỗi thành phần của lá nhân tạo được thử nghiệm riêng rẽ, sau đó kết hợp lại.

Điện áp do pin mặt trời silicon thông thường tạo ra là khoảng 0,7 V, không đủ để cấp năng lượng cho phản ứng tách nước, cần đến hơn 1,2 V. Giải pháp được đưa ra là ghép các pin mặt trời thành chuỗi. Mặc dù điều này dẫn đến một số tổn thất tại giao diện giữa các pin, nhưng đây là hướng triển vọng cho nghiên cứu.

Một nguồn không hiệu quả nữa là nước - con đường các điện tử cần phải di chuyển để bổ sung mạch điện, cản trở các điện tử. Một biện pháp khác để tăng hiệu suất là giảm lực cản đó, có thể bằng cách giảm quãng đường di chuyển qua chất lỏng.

Trong các mô phỏng, các nhà nghiên cứu xác định các giới hạn về hiệu suất với hệ thống. Đối với hệ thống dựa vào pin mặt trời silicon thông thường có giới hạn khoảng 16%; đối với pin gallium arsenide, một chất thay thế, giới hạn tăng lên 18%.

Các mô hình xác định những giới hạn về lý thuyết của một hệ thống nhất định thường đưa các nhà nghiên cứu đến việc phát triển các hệ thống mới tiến gần các giới hạn đó.

Kim Anh Theo Web.mit.edu

Same Category

Tiết kiệm năng lượng bằng công nghệ pin lưu trữ

30/07/2026

Quản lý kiểm toán năng lượng: Bài học quốc tế và hàm ý chính sách cho Việt Nam 09/01/2026

Kiểm toán năng lượng ngày càng đóng vai trò then chốt trong quản trị năng lượng và thực hiện mục tiêu hiệu quả năng lượng tại nhiều quốc gia. Từ kinh nghiệm của EU, Hoa Kỳ và một số nước châu Á, bài viết phân tích các mô hình quản lý tiêu biểu, qua đó gợi mở những bài học và khuyến nghị chính sách phù hợp cho Việt Nam.
Giải pháp tiết kiệm năng lượng trong xử lý nước công nghiệp: Xu hướng tất yếu của sản xuất xanh 08/01/2026

Trong bối cảnh giá điện tăng, tiêu chuẩn môi trường siết chặt và yêu cầu giảm phát thải trong các ngành sản xuất, bài toán tiết kiệm năng lượng trong xử lý nước công nghiệp đang trở thành ưu tiên hàng đầu của doanh nghiệp.
Năng lực kiểm toán năng lượng: Bài toán con người, thiết bị và yêu cầu chuẩn hóa thị trường 05/01/2026

Kiểm toán năng lượng được xem là “điểm khởi đầu” của mọi nỗ lực sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. Tuy nhiên, thực tiễn triển khai cho thấy năng lực con người, trang thiết bị và mức độ chuẩn hóa giữa các tổ chức kiểm toán vẫn còn nhiều khoảng trống.
Giải pháp VRD-THVi làm mát thích ứng, tiết kiệm năng lượng cho nhà xưởng công nghiệp 26/12/2025

Giải pháp VRD-THVi làm mát thích ứng thông minh dựa trên nguyên lý cân bằng nhiệt-ẩm thời gian thực của Công ty TNHH SC Việt Nam đã được Bộ Công Thương trao tặng Giải thưởng Giải pháp công nghệ hiệu quả năng lượng đổi mới, sáng tạo năm 2025.
Ứng dụng IoT và AI trong quản lý và tiết kiệm năng lượng 04/12/2025

Trước áp lực giảm phát thải và nhu cầu năng lượng tăng nhanh, nhiều doanh nghiệp Việt Nam đang chuyển sang ứng dụng IoT và AI để quản lý và tối ưu tiêu thụ năng lượng. Từ giám sát thời gian thực, phát hiện bất thường đến tự động hóa báo cáo và tối ưu vận hành, các công nghệ mới đang chứng minh hiệu quả rõ rệt trong sản xuất, chiếu sáng và quản lý đô thị, mở ra hướng đi quan trọng cho mục tiêu tiết kiệm năng lượng và chuyển đổi xanh.
Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả: Công nghệ là "chìa khoá" 27/11/2025

Chiều ngày 27/11, Cục Đổi mới sáng tạo, Chuyển đổi xanh và Khuyến công (Bộ Công Thương) đã tổ chức Hội thảo chuyên đề “Công nghệ sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả”.
Phát triển xi măng mới tiết kiệm năng lượng 07/11/2025

Các nhà khoa học Trung Quốc và Hoa Kỳ đã nghiên cứu một loại xi măng mới, không giống như bê tông và xi măng truyền thống, có khả năng giảm sự tích tụ nhiệt trong các tòa nhà và hạ thấp nhiệt độ bên trong một cách hiệu quả.
Gel thông minh giúp giảm tiêu thụ năng lượng trong các tòa nhà 06/11/2025

Vật liệu đa chức năng này đáp ứng các mục tiêu phát triển năng lượng bền vững của Ấn Độ bằng cách giảm nhu cầu làm mát và cung cấp giải pháp năng lượng xanh, đồng thời đơn giản hóa công nghệ để dễ dàng triển khai với chi phí hợp lý.